不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态。为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉(structured arbitrary Lagrange-Euler,S-ALE)算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律。结果表明:壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为“毫秒级”,但对壳体变形具有较大影响。入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形。航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量,此为总形变量随壳厚增加而减小的内在机理。本文得到的航行器入水载荷及变形结果,可为相关领域的研究提供参考与支持。

爆炸动载下金属柱壳破片速度场分布研究

针对格尼(Gurney)公式无法描述破片速度场沿圆柱壳体轴向变化的问题,该文通过AUTODYN软件建立仿真模型,分析了长径比和壳体壁厚对破片速度场分布的影响。考虑爆炸加载下壳体断裂过程,修正了Gurney公式。基于上述研究,将壳体长径比和相对壁厚引入指数形式的修正因子中,建立了破片速度场轴向分布模型。通过实验验证了该模型的合理性。研究结果表明:对于圆柱形战斗部,相对壁厚为常数,长径比越大,战斗部形成破片速度越接近v 0;长径比为常数,壳体相对壁厚越小,战斗部形成破片速度越接近v 0。将该文理论结果与Gurney理论结果以及实验结果进行对比,该文理论结果误差均在7%以内,大部分误差小于3%,与实验结果更加吻合,验证了该文建立的破片速度场轴向分布模型的合理性。该文理论模型可为杀伤战斗部破片参数精准设计提供参考。

浇注PBX装药爆炸壳体破片分布特性

为了研究浇注PBX炸药装药爆炸壳体破片分布与炸药、壳体等的影响关系,采用典型浇注PBX炸药配方PBX-1装填不同壁厚的模拟弹,开展了模拟弹装药的水井爆炸破碎性试验。爆炸后破片回收率较好,对回收破片的数目分布、质量分布进行了统计分析,获得了破片分布与壁厚之间的规律,结合Payman模型进行了破碎性参数的分析计算,获得了破碎性参数与炸药装药之间的关系,并结合壳体破碎性对不同壁厚壳体炸药装药的有效杀伤距离进行了对比分析。

腐蚀减薄柱形壳轴压屈曲特性研究

本文对不锈钢局部减薄缺陷柱形壳在轴向压力下的屈曲性能进行研究。对完好柱壳和4种外表面局部腐蚀而导致壁厚减薄的柱壳,进行几何测量、轴压试验和数值计算。5种类型柱壳的位移载荷曲线、临界载荷和失稳模式通过轴压实验获得;非线性数值分析中采用弧长法获得平衡曲线、极限载荷和柱壳后屈曲模式。在数值分析和试验的基础上,对局部减薄柱形壳屈曲问题进行研究,其中对比了减薄位置差异和减薄形状差异对柱形壳屈曲的影响。结果表明,柱形壳对腐蚀减薄形状和腐蚀减薄位置都具有敏感性,尤其对于柱壳周向长方形缺陷形状的敏感性更强。

CdTe/ZnS核壳结构半导体量子点的荧光特性研究

纳米技术研究体系中量子点是重要的研究模块之一,量子点尺寸非常小,具有独特的光物理特性。该文旨通过实验进行分析,实验过程选择99%纯度硼氢化钠、99%纯度硫酸锌、S212恒速搅拌器、TG16-WS高速离心机、0.310 mL巯基乙酸等,制备0.4565 g CdCl_(2)·2.5H_(2)O混合液,当样本溶液呈现橙色时,表明CdTe核已制备完成。实验结果显示:单脉冲能量增加时,τ_(-rise)与τ_(2)有所降低,τ_(1)数值增加,τ_(-rise)与壳层厚度呈正比关系。通过对量子点荧光特性的分析,有利于促进核壳结构量子点的制备。

大厚度环肋圆柱壳结构应力特性研究

环肋圆柱壳是水下工程产品中广泛采用的一种典型耐压结构。随着工作深度需求越来越深,环肋圆柱壳结构设计逐渐呈现出大厚度的新结构特征。本文以某深海无人系统耐压结构参数为例,采用理论方法和有限元仿真方法进行计算分析,研究不同厚度特征参数(t/R)下的环肋圆柱壳结构应力特性。结果表明,基于薄壳理论的解析计算方法不适用于大厚度环肋圆柱壳结构应力计算,大厚度环肋圆柱壳结构的应力特性与传统圆柱壳结构存在较大差异,在大厚度环肋圆柱壳结构设计时应综合权衡其壳板应力和肋骨应力的特性。

变厚度旋转圆柱壳的自由振动研究

为了提高旋转圆柱壳结构的使用性能和工作效率,减轻其质量已成为有效方式之一,针对这一需求,旋转圆柱壳结构有设计为厚度沿轴向变化即变厚度的趋势。基于此,利用Chebyshev-Ritz方法,对厚度沿轴向有3种线性变化形式的变厚度旋转圆柱壳的自由振动进行研究。考虑科氏力与离心力的影响,基于Sanders壳理论,将圆柱壳的位移场近似展开为Chebyshev多项式与边界函数乘积的形式,计算变厚度旋转圆柱壳的动能与势能,再根据Ritz方法获得变厚度旋转圆柱壳的频率方程。在此基础上,将所得结果与已有文献中的结果进行比较,验证了建模方法的准确性,并对计算结果进行了收敛性研究。最后比较了不同厚度变化形式下旋转圆柱壳的自由振动,并讨论了转速、厚度变化参数、圆柱壳长径比等参数对变厚度旋转圆柱壳自由振动的影响。

深井炸药筛管式震源结构的优化研究

针对深层石油勘探,考虑到既要满足震源产生足够的能量、又不能破坏石油套管的技术要求,优化筛管式炸药震源的结构,分别通过数值模拟和地面实验的方法,分析装药直径、筛管孔隙率、装药壳体壁厚等参数对筛管式震源能量的影响规律。结果表明:在一定范围内,孔隙率越高,筛管的胀径越大。优化后,采用孔径15 mm、孔间距50 mm、环向8孔的方案,且壳体壁厚不小于8 mm。

Al@Co微米核壳含能粒子的可控制备与性能

为提高铝粉能量释放速率,分别通过置换和先置换后化学镀的方法将微米铝表面的惰性氧化铝层替换为导热系数更高的钴壳层,得到钴壳层厚度分别为90,150,200,250 nm的Al@Co核壳含能粒子,并对其进行扫描电镜、透射电镜、能量色散谱、振动样品磁强计,以及热性能测试。结果表明,钴壳层致密均匀、厚度可控,且随着钴壳层厚度增加,粒子的自然抗氧化能力逐渐增强;各粒子表现出典型的铁磁滞回线,进一步证实了铁磁性物质钴的存在;包覆有200 nm钴壳层的Al@Co核壳含能粒子完全克服铝粉吸热,对外表现为剧烈放热,放热量为521.40 J·g^(-1),是一种有潜力的新型绿色起爆药燃料组分。

基于板壳理论的采空区顶板稳定性分析及应用

金厂河铅锌铜多金属矿主采区矿石资源消耗过快,D采区为主要补给矿块,铅锌品位低,充填掘进工程量多,充填难度大、成本高。针对金厂河铅锌矿D采区现存问题,运用弹性理论建立板壳结构力学分析模型,研究采空区顶板经历两次冒落而趋于稳定,计算分析不同方案下的采空区顶板的初始冒落高度分别为11~38 m、26~58 m、41~87 m,后续稳定冒落高度可达1.5~2.0倍采空区跨度。同时,依据采场参数和松散体特性,分析冒落67~100 m即可自然挤压冒落拱底板。为防治地表错裂塌陷,提出及时废石充填空区挤压临时矿柱,增强矿柱支撑能力和限制空区大范围冒落。以此设计空场法、留矿柱空场法和空场适时充填不同开采方案,通过空区顶板初始冒落高度、矿柱承载数值、回收矿量对比,推荐空场适时充填方案可保证D采区安全开采。

考虑径厚比影响的圆柱壳滞回破坏机制分析

为了明确径厚比对于圆柱壳结构滞回性能的影响,通过低周往复荷载试验和数值模拟,研究了不同径厚比圆柱壳的滞回破坏模式和耗能能力。结果表明,径厚比会影响圆柱壳的最终破坏模式,随着径厚比的增大,破坏模式从底部象足式屈曲转变为褶皱式屈曲破坏。累积等效塑性应变和等效黏滞阻尼系数都随着径厚比的增大逐渐降低,径厚比越大,塑性发展越不充分,结构的耗能能力越弱。圆柱壳的塑性强化阶段随着径厚比的增大逐渐缩短,当径厚比超过250后,结构未经历塑性强化直接进入屈曲发展阶段,径厚比越大,局部屈曲出现越早,导致截面未达到全塑性弯矩即破坏,对于大径厚比圆柱壳结构的全塑性弯矩理论值应进行相应的修正。

大厚度环肋圆柱壳三维应力分析方法研究

随着深海应用需求的不断发展,水下工程产品的耐压环肋圆柱壳结构呈现出大深度大厚度的新型结构特点。相比于传统意义的环肋圆柱壳,应力分析一般将其简化为二维应力状态,大厚度环肋圆柱壳的应力强度应进行三维应力分析。本文通过肋骨作用力函数等效假设,将环肋圆柱壳分解为圆柱壳梁环、肋骨腹板圆环和肋骨面板圆环组成的简化力学模型,基于弹性力学平面问题分析方法,提出一种大厚度环肋圆柱壳的三维应力分析方法,给出环肋圆柱壳的典型应力计算式。算例分析表明,本文方法计算值与数值仿真计算结果基本一致,具有较好的工程应用精度。

Pd@MCM-48的壳层厚度对Suzuki偶联反应催化性能的影响

采用Stöber方法制备了以Pd纳米颗粒为核、介孔氧化硅(MCM-48)为壳的核壳型催化剂Pd@MCM-48。通过改变模板剂F127的投加量调节Pd@MCM-48壳层厚度。采用X射线衍射、N2-物理吸附、扫描/透射电子显微镜对催化剂的结构性质进行表征。研究催化剂壳层厚度对Suzuki偶联反应催化性能的影响。结果表明,核壳结构催化剂的平均壳层厚度在45.6~59.6 nm之间,随着壳层厚度增加,Suzuki偶联反应的催化活性逐渐降低,这可能由于较厚的壳层限制了反应物的有效扩散。然而,联苯的产率不受壳层厚度的影响。此外,催化剂可以通过简单回收并重复使用。在5次循环反应后,催化活性无明显下降且Pd浸出量可以忽略,主要归因于催化剂壳层的限域作用。

泡沫铝填充半球壳结构动力学特性研究

泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大的承载能力以及高效的吸能特性,故越来越多地被应用于各种工程结构。本文提供了一种泡沫填充薄壁半球壳结构,并采用数值模拟方法对该结构在落锤冲击作用下的变形模态和吸能特性进行研究,同时分析了径厚比、泡沫密度以及加载初速度对该结构碰撞力峰值、内能吸收和顶点位移等吸能特性的影响。研究表明,泡沫填充半球壳受力更加均匀,能够充分利用外壳材质的塑性变形能力,吸能效果优于内空半球壳。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构主要经历3个阶段,塑性铰产生、发展和内部填充材料压缩。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构的主要变形模式与冲击能量和填充泡沫铝密度有关,主要体现出4种变形模态:壳体边缘隆起,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体边缘隆起,冲击区域压平;壳体向内凹陷形成八边形塑性铰,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体向内凹陷形成平整塑性铰,冲击区域压平。

空心焊接球壁厚减薄机理与影响因素分析

焊接球在制造过程中,常出现壁厚减薄现象,严重影响接头的极限承载能力。依托大英县特色农产品展销基地及配套设施建设项目,建立了壳单元模型和实体单元模型,分析了空心焊接球的制作工艺及其壁厚减薄率过大的内在机理,探明了空心焊接球不同节点处的应力和厚度分布规律,为空心焊接球施工提供参考。

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1-6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。

圆型基坑的变形特点及主要影响因素分析

圆形基坑多为应用于特殊场合的超深基坑,上海某圆形基坑的施工监测资料显示,圆形基坑的变形规律与条形基坑差异很大,对圆形基坑的水平位移、土压力监测资料进行了分析,并通过应用中厚壳理论对基坑变形和内力作的有限元模拟,认为圆形基坑以承受环向轴压为主,与主要承受经向弯矩的条形基坑有本质区别。同时,对混凝土轴向受压、槽段间泥浆受压、环向不均匀荷载等主要变形因素也进行了探讨,指出在设计和施工阶段应对不均匀荷载予以密切关注。

北海营盘近海区马氏珠母贝自然资源调查

2006年12月6日至27日对北海营盘近海马氏珠母贝（Pinctad amartensii Dunker）自然资源进行调查。调查分为群访调查和海上调查，群访调查是到主要珍珠养殖自然村及北海、营盘渔港码头收集人工捕捞或养殖的马氏珠母贝，海上调查是对北海营盘近海区的9450hm^2水域设29个站位捕捞马氏珠母贝。结果群访调查收集到185个天然马氏珠母贝，海上调查仅有5个站出现马氏珠母贝，共获珠贝12个。个体最大的是自然海区生长的马氏珠母贝，壳长最大者达100．4mm，平均76．1mm；壳高最高为114mm，平均70．9mm。海上调查捕获的马氏珠母贝体重18．4～182．5g，平均值为85．6g；年龄2．5～6龄，平均5龄，占大型底栖贝类数量的0．34％。马氏珠母贝的数量已是少之又少，保护马氏珠母贝资源迫在眉睫。

旋转叶片-机匣碰摩振动响应分析

以航空发动机压气机叶片为研究对象,基于ANSYS有限元软件,考虑离心刚化、旋转软化以及科氏力对叶片的影响,采用变厚度壳单元建立了旋转叶片的有限元模型。假定圆盘与机匣存在静态不对中,叶片由于离心力的作用产生径向伸长,从而使叶尖与机匣内壁发生碰摩。根据叶尖处每个节点径向位移与间隙之间的位置关系,对不同转速下叶片-机匣碰摩过程进行数值仿真。研究结果表明:对于扭形叶片,叶尖只有部分节点与机匣发生碰摩;碰摩结束后,叶片振动响应以低阶动频形式进行衰减,连续的周期碰摩产生的倍频成分在与之接近的动频处会出现幅值放大现象。研究结果可为叶片结构设计及叶片-机匣碰摩故障诊断提供理论依据。

太赫兹时域光谱无损检测核桃品质的研究

以核桃为研究对象,探讨太赫兹时域光谱技术对其变质情况、壳厚测量的研究。首先对虫蛀、霉变、正常核桃壳、仁标样采集太赫兹时域光谱,比较分析变质与正常核桃谱图及吸收谱差异,为剔除变质核桃打下基础。其次联用透射和反射式太赫兹时域光谱系统,创建核桃壳计算公式,在获取核桃壳理论折射率基础上,换算得到未知核桃壳厚,相对误差为3.7%。分别从物理、化学指标光谱响应特征差异入手,实现太赫兹无损检测核桃品质。